Bio IT/ 의료 IT 편집위원 : 김승환 (ETRI) ICT 융합의료기기 남기창, 김호철, 권범선 동국대학교, 을지대학교, 동국대학교 요약 지난수십년간의료기기는비약적인발전을거듭하며의료서비스에이바지하여왔다. 최근의기술동향으로는ICT (Information and Communication Technology) 기술의발전이전통적인진단과치료방법에서새로운의료서비스의형태로진화를유도하고있다. ICT 기술과의료기기의융합을통하여진단, 치료, 의료정보화및개인건강관리분야에이르기까지신속하고정확하고효율적인의료서비스개선을추구하고있다. 인구의고령화, 만성질환자증가, 의료비상승, 의료진의부족이예상되는미래환경에서 ICT 기술의기여도는점점더커질것이다. 전세계적인정보통신망인프라의활성화와개인용스마트디바이스의보급으로정보와기기에대한접근성이훨씬용이해지고웰빙에대한관심이높아지면서개인건강관 리에대한서비스요구가높아지고있다. ICT 종주국으로서의료기기산업에서도국내기업의활약을기대하며 ICT 융합의료기기의현황을소개하고자한다. Ⅰ. 서론 영화나드라마에서보듯이의료환경에서의료기기의역할은첨단기술의상징으로보여지고있다. 그러나실상은환자의건강과안전을다루는의료기기에적용된기술은이미오래전에기술이확립되었거나타산업분야에서검증이된후에기술이적용되어병원환경에서자리잡게된다. 물론그렇다고해서의료기기기술이첨단이아니라는의미는아니다. 다만첨단기술의선두에선분야중에서도매우신중한분야라는의미로전하 그림 1. 지난 50 년간의학에기여한의료기기업적, AIMBE (American Institute for Medical and Biological Engineering) [1] 44 정보와통신
고자한다. 지난수십년간물리, 화학, 전자공학, 재료공학, 정보통신공학의급속한발전에힘입어의료기기는첨단화되고있으며 [1] 의료환경에많은기여를하였다. 21세기에들어서기술과산업의동향중에서실생활에가장많은영향을주고있는것은 IT (Information Technology) 기술이라고할수있다. 가정용전화기와공중전화팩시밀리에익숙해져있던현대인들은불과 20년도안된지금 PC 통신을지나초고속인터넷환경속에서, 1인 1 휴대전화를지나컴퓨터수준의스마트폰을사용하고있다. 의료기기분야도 IT의영향은예외가아니다. 병원에서는처방지, 챠트, 필름이사라졌고새로운진단과치료기술이등장하고있다. 정보, 통신, 소프트웨어, 컨텐츠, 컴퓨터, 반도체등의 ICT (Information and Communication Technology) 기술이의료기기에융합하여새로운의료기기또는의료서비스를창출하고있다. ICT와의료기술의융합으로의료기기산업의고도화, 지능화, 효율화등이가능하다. 기술의발전과더불어변화된환경으로는저출산및평균수명증가가있다. 1970년 10만여명 ( 전체인구대비 1.8 %) 에불과하던서울노인인구 (65세이상) 는꾸준히늘어서 2005년전체인구의 7.1 % 로고령화사회에들어섰다. 2014년현재 638만여명 ( 전체인구대비 12.7 %) 이며, 우리나라는 2008년고령인구비중이전체인구의 10 % 를넘어선후 2026년에는고령인구비중이 20 % 에접어들전망으로앞으로 12년쯤후면인구 5명중 1 명이고령자가되는셈이다. 또한 2027년에는노인인구 200만명을넘어서면서 20.4% 를차지해초고령도시로진입할것으로전망된다. 한국은고령화에서초고령화사회까지의고령화속도가평균 26년으로다른 OECD 국가보다매우빠를것으로전망되고있다. 고령인구의증가는우리나라뿐만아니라전세계적인추세이며이와더불어사회적문제가대두되고있다. 아울 러기대수명의증가와생활습관의변화는육체활동의부족, 만성질환자증가, 의료비상승, 전문의료진부족등의문제를야기한다 [3]. 소득수준의향상과웰빙의트렌드에따라생애주기에따른종합적인건강관리에대한수요는비용효과와효율성을요구하게된다. 이러한문제들을해결하기위하여최근 ICT 기술이의료분야에융합되고있다. ICT기술은의료서비스의효율성을증대시켜미래환경에대한제반문제들을해결해줄수있을것으로전망된다. 본원고에서는 ICT와융합되어진화하는의료기기기술에대한동향을소개하고자한다. Ⅱ. 본론 1. ICT 융합의료기기 ICT와의료기기와의융합분야는목적에따라진단, 치료, 의료정보시스템, 건강관리로구분할수있다. ICT 융합진단기기 : 질병진단용기기또는진단용소프트웨어를이용하여질병의조기진단및진단정확도를높이고효율성을향상시키는분야. 진단기기뿐만아니라컴퓨터를이용하여영상정보와생체신호를분석하고이를통해질병진단에필요한정보를추출해내는소프트웨어분야를포함 ICT 융합치료기기 : 질병치료및시스템에적용되어치료기기의고도화및지능화를추구함. 사이버나이프등의영상유도방사선치료기기, 영상유도초음파치료기기, 로봇수술기기분야및치료보조를위한 CAD (Computer Aided Design) 등의기술도해당됨. 재활및회복과정에필요한시스템과 ICT 기술이접목된분야도있음. 최근에는 3D 프린팅기술이수술계획에적용되고있음. 그림 2. 미래의료서비스의수요변화요인 [3] DECEMBER 2014 45
의료정보시스템 : 디지털병원등에서추구하는병원자료의전산화 ( 전자의무기록시스템, 의료영상저장전송시스템, 병원정보시스템등 ) 를통하여효율적인병원자원의처리와활용을목적으로함. 빅데이터를활용한맞춤형의료서비스분야와 Health 2.0 등이이에해당됨. 개인의신상, 병원기록, 유전적인정보나약물반응의정보를국가의료관리시스템에등록함으로써발병하거나발병가능성이있는병에대해개인에게맞는최적의치료방안을제시하는기술들이도입될전망임 ICT 융합건강관리 : 유헬스케어, 모바일헬스케어, 홈헬스케어등으로표현되는개인용또는가정용건강관리기기, 서비스등으로질병의예방과관리및보건의료활동지원등의목적임또는 ICT와융합된서비스관점에서의료영역, 웰빙, 개인건강관리, 노인요양등으로분류하기도한다. (1) 유헬스케어 IT의대표적아이콘인유비쿼터스 (Ubiquitous) 분야역시헬스케어형휴대용진단기기기술과혁신적인융합과정에있다. 유헬스케어의료기기는유비쿼터스헬스케어의약어로, 유비쿼터스는시간과공간의제약없이동시에어디에나존재하는의미를가지고있다. 즉유헬스케어는 ICT기술이융합된의료기기로의료기관에국한되지않고가정이나사무실에서운동과 그림 3. 홈헬스케어의료기기시스템구성도 [4] 여행중에도누구나손쉽게휴대하며누구나간단하게신체의여러부위의신호를실시간으로손쉽게모니터링할수있다. 이러한휴대용진단기기들이미래산업의메가트렌드다. 식약처에서는홈헬스케어의료기기로정의한바있으나 [4], 의료기기품목분류에서는유헬스케어의료기기로사용되고있다. 홈헬스케어의료기기시스템은그림 3과같이홈헬스케어의료기기, 홈헬스서버 / 홈게이트웨이, 홈헬스케어의료기기와홈헬스서버 / 홈게이트웨이간의통신, 홈헬스케어용진단지원시스템으로구성된다. 유헬스케어의료기기는기존의개별의료기기에 ICT 기능을접목하여빠르게발전하고있는분야이다. 혈압계, 혈당계, 체온계, 체중계등가정용생체계측기기를이용하여간편하게측정하고이를게이트웨이를통해인터넷망으로서비스센터로 그림 4. 유헬스케어서비스시나리오 ( 비트컴퓨터 ) [5] 46 정보와통신
전송하여, 건강상태를지속적으로모니터링하고피드백해주는 것을목표로한다 [5]. (2) 개인용건강관리시스템반도체기술및멤스기술의발달로인하여저전력 / 초소형 / 고성능화가가능해짐에따라서, ' 의료기도개별적대형장비 에서 융합적웨어러블스마트헬스케어기기 로발전하고있으며나아가 이식형헬스케어기기 에대한연구가활발한상황이며, 이사업분야에글로벌반도체기업및의료기업들이활발히참여하고있다. 퀄컴-트라이코더-X프라이즈 는 Healthcare in the palm of your hand : 헬스케어를손안에 라는슬로건으로총상금천만달러가걸린경진대회이다. 트라이코더는 1970년대미국 TV 시리즈 ' 스타트렉 ' 에등장했던미래의의료기기이다. 퀄컴은어떤회사인가? 바로휴대전화의대명사인 CDMA 기술의사업화로알려진기업이다. 바로이퀄컴에서스마트폰을의료에응용하는숙제를전세계에내놓으면서 SF의이야기를현실화하고자하는것이다. 이대회는의료종사자의부족에대한대비와의료비의절감이동기가되었다. 주어진미션은필수적으로 13 개의핵심건강상태와 3가지의선택적인건강상태, 5가지활력징후를신뢰성있게진단및측정할수있어야하며무게는 2.2 kg을넘으면안된다 [6]. 아마도여기에제시된기능들이면지금까지휴대형, 착용형, 모바일헬스케어에서접근하였던수많은기기에서고려했던내용들의집대성이기도하다. 많은종류의가정용의료기기들이와이파이근거리통신기능을갖고인터넷망을통해연결되고, 스마트폰의앱과연동되어체온, 혈당, 혈압, 수면관리등에응용되고있다 [7-9]. 필수건강상태 (13가지) : 빈혈, 심방세동, 만성폐쇄성폐질환, 당뇨병, A 형간염, 백혈구증가증, 폐렴, 중이염, 수면무호흡증, 뇌졸증, 결핵, 요도감염, 정상상태 건강상태선택항목 (3개선택 ) : 알레르기유발항원, 콜레스테롤, 식품매개질병, HIV, 고혈압, 갑상선기능저하증 / 항진증, 흑색종, 전염성단핵증, 골다공증, 백일해, 대상포진, 패혈성인후염 필수활력징후 (5가지) : 혈압, 심박수, 산소포화도, 호흡률 ), 체온 2012년시작된이대회는 255개팀이경쟁을시작하여현재 10개팀이결선에올라갔다. 결과는실제임상시험을포함한소비자평가를거쳐최종우승을가린다. 이중가장주목을받고있는팀은 Scanadu이다. Scanadu Scout는약 10초간이마에 그림 5. 퀄컴트라이코더개념도 [6] 대고있으면 7가지항목 ( 심박수, 피부온도, 심부체온, 혈중산소포화도, 호흡률, 혈압, 심전도, 스트레스 ) 의측정을목표로하고있다 [10]. 주목할점은클라우딩펀딩사이트 Indiegogo 에서위의컨셉으로전세계 8,500명으로부터 $1.7M을유치하였다. 호기심이든투자에대한관심이든건강에대한수요를보여주는것이며, 이러한시장의요구는 2027년이후나가능할것이라는기술예측을조기에실현되도록이끄는촉진제인것이다. (3) ICT 융합의료영상기기대표적인의료영상기기로뽑히는 X-ray, CT, MRI, PET, 초음파기기등의분야는 ICT 기술의도입이가장빠른분야이다. 영상기기자체뿐만아니라병원에서대용량의의료영상데이타를저장, 분석, 전송을위하여도입된 PACS로인하여임상진료의시간단축과흐름을개선하는데큰기여를하였다. 또한영상정보의분석을통한진단을보조하거나치료계획을세우는분야에도적용되고있다. DECEMBER 2014 47
그림 6. Scanadu SCOUT [10] 그림 7. 수술용네비게이션 (Stealth Station S7, Medtronics) [12] 영상진단기기에서가장높은비중을차지하는분야로서 X-ray와 CT는방사선피폭에대한문제와규제가큰걸림돌이다. 과거에아날로그필름으로현상하던영상을이제는디지털카메라와같은디지털화된디텍터를사용함으로써방사선노출을획기적으로줄이고영상처리기법을통해촬영시간을획기적으로줄일수있었다. 1세대 CT는인체단층영상한면을촬영하기위해 20분이소요되었으나현재는수초밖에걸리지않는다. 최근에개별영상기기의장점만을부각하여융합되는 PET- CT, PET-MRI 등에서영상진단기기개발에있어서대용량의영상을빠르게처리하기위해속도개선과동일환자에게서얻은서로다른영상의좌표를일치시키는영상정합기술은필수이다. 중재시술이나수술용치료기기에서영상진단기기는영상의정합뿐만아니라 3D 정보를이용하여수술자를가이드해주는네비게이션기술적용으로보다향상된치료효과를나타내고있다. 또한초음파진단기기의추세는소형화, 휴대형, 3D/4D 영상기술, 무선통신기능을통한정보전송시스템, 자동스캐너등이주류를이룰것으로예상된다 [11]. (4) ICT 융합재활의료기기 IT 융합재활의료기기는능동형재활기기응용을위한생체신호측정및분석기술이연구중이다. 생체신호기반무선동력의지시스템은 BMI(Brain-machine interface) 기반으로뇌신경으로부터직접제어되는시스템이다. 생체신호패턴인식기술을바탕으로동력의지를파악하여의지또는전동휠체어를제어하고자한다. 운동처방프로그램에서환자의동작의지를인지하여힘을보조하거나억제시키는바이오피드백이가능한상하지재활기기를이용하면뇌의적절한기능적재조직화를촉진시켜맞춤형재활훈련이가능하다. 또한작업치료를위한다양한프로토콜제공이가능하도록하는신개념의 VR (Virtual Reality) 기반 재활훈련콘텐츠는가상현실과헵틱기술을이용하여재활치료효과를향상시킬수있다. 장애인및고령자들의재활치료에필요한 ICT 융합의료기기의개발은장애인및고령자들의의료접근도를높이기위한이동권확보및국민복지차원에서파급효과가크다. 그림 8. 가상재활훈련시스템 (Lokomat Pro, Hocoma) [13] (5) ICT 융합생활지원기기 ICT와헬스케어의융합분야를 ICT-의료, ICT-건강관리, ICT-웰니스로구분하기도한다. 그이유는기능적또는목적에따른분류방법에도있겠지만, 내용적으로는경계가모호한경우가많다. 경계해석에있어서고민을하게만드는요인중하나가의료기기라는규제산업장벽이다. 의외로위험도가낮고생활지원기기로서활용도가높을것으로예상되는기술들이의료기기로관리되면서시장진입에어려움을겪는경우도있다. 상대적으로해외의경우이러한기술들이의료기기가아닌것으로관리되어다양한솔루션이나타났다. 국내도식약처에서최근의급격한환경변화에맞춰단순한활동량모니터링을위한기기는의료기기에서제외하도록하였다. 이전에는스마트 48 정보와통신
폰이나손목시계형활동량측정기에심박또는맥박센서를넣을경우의료기기로분류돼식약처의의료기기품목허가승인을거쳐야했다. 그러나이제운동용및레저용은의료기기에서제외된다. 의복이외에신발, 벨트, 반지, 귀걸이, 목걸이등다양한형태의생체정보측정디바이스가개발되고있으며, 이를통해건강을관리하려는스마트폰의앱개발이활발해지고있다. 또한의자, 침대, 자동차운전대등일상생활에서생체정보를측정할수있는센서를내장하여사용자가인식하지못하거나자각하지않는상태에서자연스럽게생체정보를측정하고건강을관리하는시스템에대한연구개발도한창이루어지고있다 [7-9]. 초기에출시된제품중나이키와애플이출시한 Nike+iPod Sport Kit는신발에센서를장착하여사용자의주행속도등을측정하고, 주행속도에맞는음악콘텐츠를추천하여제공한다. 생체신호나활동량외에사용자가얼마나빨리먹는지를알려주고, 사용자가빨리먹으면포크가진동해천천히먹을수있도록관리해주는스마트포크도출시되었다. FitBit은팔찌형태로열량소모량, 걸은거리, 운동시간등다양한하루활동과숙면정도를모니터링한다. (a) (b) Ⅲ. 결론 의료기기분야는기술적요인으로 ICT를비롯하여기술간융복합화가가속화되고있으며, 사용자편의성 ( 소형화, 무구속, 최소침습, 비침습 ) 의요구가증대되고있다. 사회적요인으로고령화사회도래와더불어만성질환자증가가예상되면서조기진단, 예방, 개인맞춤형진료및관리의수요증가가예상된다. 경제적으로는소득증가와삶의질추구, 사회적환경변화로인한의료비지출증가에따라비용효율적인방법과정책이요구된다. 따라서이러한여러요인을해소하기위해 ICT 기술과의융합은필수적이다. 국내에서는아직의료기기법규및제도의한계와비즈니스모델의부재로각종시범사업이후로도 ICT 융합의료기기들에대해의료기관밖에서의체감이낮다. 관련기술에대해국내수준은선진국과차별이크기않으나신뢰성있는생체신호측정을위한센서등의원천기술에대한확보가필요하다. 또한분석의정확도및건강관리효율향상을위한빅데이터기반의의료분석기술개발로다양한수익모델개발이시도되어야한다. 한국은이미반도체및 ICT를통한첨단산업의리더이자, 의료기술분야에서도세계적수준의의료진과인프라를다수보유하고있다. 따라서, 사회환경적변화에따라유망분야로주목받고있는의료기기연구개발에있어서한국의역할또한유망주로뽑힐만하다. ICT 융합기술의발달은 IT 융합의료시장의창출을통해, 건강한고령화사회건설에기여할것이다. 아울러질병예방으로건강한삶을유지하게하고, 소득과나이에관계없이사회의공공에게양질의의료서비스를제공할것으로기대된다. 참고문헌 (d) (c) (e) 그림 9. (a) Apple & Nike Sports Kit, (b) Polar & Adidas Project Fusion, (c) Fitbit, (d) HapiFork, (e) Galaxy GearFit [1] AIMBE Hall of Fame, http://aimbe.wpengine.com/ resources/aimbe-hall-of-fame/ [2] 통계청, 2014년고령자통계 [3] http://www.continuaalliance.org [4] 식약청, 홈헬스케어의료기기성능평가가이드라인, 2010 [5] 안시훈, U-헬스원격서비스적용현황및사례, KIEI 융합신기술과 U-Healthcare 기술, 시장및비즈니스전략세미나, 2008 [6] http://tricorder.xprize.org [7] 김승환, ' 의료-IT융합기술동향및전망 (U헬스를중심으 DECEMBER 2014 49
로 )', 전자공학회지, 2010 [8] 김승환, ' 의료IT융합기술동향, 전자통신동향분석, 제26권 5호2011. 10 [9] 김승환, 스마트헬스케어기술동향, 제342호, 대한병원협회, 2013 [10] https://www.scanadu.com/scout/ [11] 허영, 도정회, 전성채, 의료기기상생포럼명품화연구회, 최신의료기기기술및산업동향, 전자공학회지, 2014. 9 [12] http://www.medtronic.com [13] http://www.hocoma.com 남기창 약력 1997년연세대학교공학사 1999년연세대학교공학석사 2004년연세대학교공학박사 2004년 ~ 2005년연세대학교의과대학의학공학교실강사 2005년 ~2006년 SIEMENS 선임연구원 2006년 ~2007년일본 AIST 박사후과정 2007년 ~2010년한국전기연구원선임연구원 2010년 ~ 2010년연세대학교의과대학의학공학교실연구조교수 2014년 ~ 현재동국대학교의과대학의공학교실조교수관심분야 : 생체계측, 생체신호처리, 유헬스케어, 의료기기임상시험 김호철 2002년고려대학교공학사 2004년고려대학교공학석사 2009년고려대학교공학박사 2009년 ~2011년한국전기연구원선임연구원 2011년 ~ 2012년동국대학교의료기기개발촉진센터선임연구원 2012년 ~ 현재을지대학교방사선학과조교수관심분야 : 영상처리, 방사선기기, 컴퓨터비전 권범선 1990년서울대학교의학사 1998년서울대학교의학석사 2003년서울대학교의학박사 1998년 ~2005년단국대학교의과대학조교수 2005년 ~2010년동국대학교의과대학부교수 2010년 ~ 현재동국대학교의과대학교수관심분야 : 재활의학, 의료기기안전관리, 의료기기중개연구 50 정보와통신